POMIARY pH

Sposób wyznaczania stężenia jonów wodorowych zaproponował Sörensen. Wprowadził on wielkość pH, zidentyfikowaną zależnością:

pH = - log[H⁺]

Przy pomocy tego równania stężenie jonów wodorowych w rozcieńczonych roztworach kwasów i zasad można wyznaczać drogą pomiarów przewodnictwa.

Często chodzi o określanie pH w roztworach bardziej stężonych i zawierających różne inne jony. Konieczne jest tu wykorzystanie odpowiedniego ogniwa, którego siła elektromotoryczna byłaby bezpośrednio związana ze stężeniem jonów wodorowych.

Np. ogniwo:

Pt│H₂(1 atm)│roztw.║Hg₂Cl₂(nas.)│Hg₂Cl₂(s)│Hg

złożone z elektrody wodorowej działającej w badanym roztworze i elektrody kalomelowej połączonej z elektrodą wodorową kluczem elektrolitycznym. Na elektrodach zachodzą reakcje:

prawa elektroda ½ Hg₂Cl₂(s) + ē → Hg + Cl^-(nas.)

lewa elektroda ½ H₂ → H⁺ + ē

reakcja sumaryczna ½ H₂ + ½ Hg₂Cl₂ → H⁺ +Cl^-(nas.) +Hg

Zakładając, że stężenie i aktywność jonów chlorkowych są niezmienne i uwzględnione w wartości wyrazu stałego, można napisać:

gdzie: E - siła elektromotoryczna,

- aktywność jonów wodorowych w roztworze.

Wartość wyrazu stałego można wyznaczyć wykonując pomiary na roztworze o znanym stężeniu jonów wodorowych.

Pomiar pH obecnie dokonuje się przy pomocy elektrody szklanej z uwagi na łatwość w jej użyciu.

WYKONANE ĆWICZENIA

Pomiary rozpoczynamy po nagrzaniu się pehameru, po upływie ok. 30 min. Przed przystąpieniem do pomiarów należy wykalibrować elektrodę dla różnych pH roztworów buforowych (dla środowiska kwaśnego i zasadowego); elektrodę po każdym użyciu należy dokładnie opłukać wodą destylowaną.

Pomiar pH został przeprowadzony następująco: do zlewki wlewamy
20 cm³ roztworu badanego kwasu solnego o stężeniu 0,1 mol/dm³, dodajemy
2 - 5 kropel fenoloftaleiny, zanurzamy elektrodę i uruchamiamy mieszadło magnetyczne. Następnie dodajemy z biurety wodorotlenek sodu o stężeniu
0,1 mol/dm³ w następujących ilościach: po 1 cm³ na początku miareczkowania zmniejszając ilość zasady w miarę zbliżania się do punktu końcowego po
0,1 mol/dm³. Po dodaniu każdej porcji zasady odczytujemy wartości pH oraz obserwujemy zmianę barwy roztworu i notujemy w tablicy wyników pomiaru.

ZESTAWIENIE WYNIKÓW POMIARU

Tabela wyników pomiarów.

Nr pomiaru	Objętość kwasu [cm^3]	Objętość zasady [cm^3]	Wartość pH [mV]	Barwa roztworu
1	2	3	4	5
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 1	20 2	0,00 2,00 4,00 6,00 8,00 9,00 10,00 11,00 12,00 13,00 14,00 15,00 15,50 16,00 16,50 17,00 17,20 17,40 17,60 17,80 18,00 18,20 18,40 18,60 18,80 3	2,03 2,06 2,10 2,15 2,20 2,24 2,27 2,31 2,36 2,41 2,47 2,54 2,59 2,63 2,69 2,75 2,79 2,83 2,86 2,91 2,96 3,00 3,05 3,12 3,20 4	Bezbarwny 5
26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48 49 50 51 52 53 54 55 56 57 58 59		19,00 19,10 19,20 19,30 19,40 19,50 19,60 19,70 19,80 19,90 20,00 20,10 20,20 20,30 20,40 20,50 20,60 20,70 20,80 21,00 21,20 21,40 21,60 22,00 22,50 23,00 23,50 24,00 25,00 26,00 27,00 28,00 29,00 30,00	3,30 3,39 3,46 3,50 3,65 3,78 4,00 4,87 6,07 7,46 9,08 9,46 9,75 9,91 10,03 10,13 10,21 10,28 10,34 10,47 10,55 10,61 10,68 10,78 10,89 10,97 11,03 11,09 11,19 11,26 11,32 11,37 11,40 11,45	Bezbarwny Lekko różowy zanikający Intensywny różowy Intensywny różowy

WNIOSKI

Celem ćwiczenia jest wyznaczenie punktu końcowego, podczas miareczkowania kwasu zasadą, na podstawie pomiarów pH oraz zmiany barwy wskaźnika. Bezpośrednie pomiary dają tablicę pH = f(V). Punkt końcowy wyznacza się z maksimum funkcji d(pH)/dV = f(V) oraz na podstawie punktu zmiany znaku funkcji d²(pH)/d²V = f(V).

W doświadczeniu otrzymaliśmy następujące wyniki: PK dla pierwszej pochodnej jest przy objętości dodanej zasady 19,90 cm³, co odpowiada stężeniu końcowemu kwasu 0,0995 mol/dm³ (stęż. r-ru kwasu 0,1M.), natomiast z drugiej pochodnej odpowiednio 19,74 cm³ obj. zasady oraz 0,0987 mol/dm³ stężenie kwasu. Ze zmiany barwy roztworu wynika iż punkt końcowy znajduje się, dla objętości dodanej zasady, między 19,90 - 20,00 cm³, gdyż tu pojawia się trwałe zabarwienie roztworu. Wynik ten jest zgodny z wynikami obliczeń, a niewielka różnica w stężeniu kwasu (miareczkowany był 0,1 M kwas otrzymaliśmy wynik 0,0995 i 0,0987 M) co było spowodowane błędami w odczytywaniu z biurety (maksymalny błąd biurety ±1 cm³).

---